期刊,铁道科学与工程学报 2024年卷7期_国家学术搜索

期刊信息/Journal information

铁道科学与工程学报

主　　编：余志武

出版周期：双月刊

国际刊号：1672-7029

电子邮箱：jrse@mail.csu.cn

电　　话：0731-82655133；82656174

邮政编码：410075

地　　址：长沙市韶山南路22号

铁道科学与工程学报/Journal Journal of Railway Science and EngineeringCSCD北大核心CSTPCD

查看更多>>本刊是中南大学主办的以理工为主的综合性学术刊物。1979年创刊，1982年公开改进，主要刊登土木工程、建筑工程、交通工程、自动控制、计算机科学与技术、运输管理工程、机电工程、数学力学、基础研究等方面的学术论文。1992年起被列为全国中文核心期刊，1994年被列为美国Ei Page数据库核心期刊。

正式出版

收录年代

铁路薄覆土波纹管涵静力性能试验研究

许见超董亮班新林葛凯...

2790-2803页

查看更多>>摘要：针对当前考虑铁路荷载特征的波纹钢管涵力学性能试验成果匮乏的问题,为支撑波纹钢管涵在铁路工程中的应用,开展铁路波纹钢管涵的力学性能研究.试验模拟铁路管涵结构构造,聚焦铁路活载作用响应,开展铁路薄覆土波纹钢管涵静力加载试验.研究结果表明:涵顶覆土0.6 m砂+0.3 m碎石及0.3 m砂+0.3 m碎石时均未出现涵-土脱离,试验覆土厚度能够满足波纹钢管涵发挥土-结构相互作用;但试验中管涵出现局部环拉-弯受力状态.随着覆土高度增加,恒载+活载作用下的管涵应力先减小后增大,本文工况拐点约在填土高度2～3 m;即从管涵受力角度,存在一个最优覆土厚度.随着荷载远离涵顶,管涵最大环向应力位置随之由涵顶向荷载侧45°偏移;当堆载位置在远离涵顶0.3 m位置时,管涵环向应力最大,设计时应考虑荷载偏心工况.随着涵周中砂密实度(弹模)增加,管涵环向应力最大值略有减小,管涵挠度明显减小;其原因应为涵周中砂局部进入屈服状态,故中砂压实度(弹模)对管涵最大应力影响较小,而整体上对管涵挠度响应明显.铁路波纹钢管涵采用公路相关规范的最小覆土厚度时,涵-土不会发生脱离,能够发挥土-结构相互作用;但铁路轨-枕-道床的荷载传递方式易引起管涵出现局部环向拉-弯受力状态,故建议采用更大的覆土厚度.

关键词：

铁路波纹钢管涵试验研究数值分析

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地面激光扫描点云与无人机影像点云融合应用

彭仪普李剑邹魁汤致远...

2804-2814页

查看更多>>摘要：通过建立高精度的桥梁三维点云模型,检查桥梁病害情况并拟合绘制出桥梁线形.首先以无人机近景摄影、环绕飞行、井字飞行获取某双线特大桥梁主体与细部纹理数据,然后将不同航线采集的数据在Context Capture软件里面进行三维重建,将桥梁主体与细部影像融合生成完整桥梁点云1.运用Trimble SX12仪器完成对桥梁一体化扫描,获得完整桥梁点云2.提出基于双向KD-tree优化的ICP(Iterative Closest Point)算法对无人机航摄桥梁点云1与地面激光扫描桥梁点云数据2进行配准融合,加密后的桥梁点云用于建立运营铁路双线特大桥精细化三维实景建模.提出基于KD-tree的PCA(Principal Component Analysis)算法完整提取出桥梁吊索点云,运用最小二乘法拟合出桥梁拱轴线线形、RANSAC算法拟合出桥面线形.通过与单一无人机、单一地面激光扫描精度及完整性对比分析,以验证融合建模的有效性.研究结果表明:融合建模的模型水平精度1.71 cm、垂直方向精度1.25 cm,较单一无人机建模精度在水平与竖直方向分别提升16.59%与20.89%;融合建模的完整性为98.17%,纹理效果更加真实,并检查出桥墩存在蜂窝麻面、渗水等病害,拱肋存在涂装锈蚀、破裂等病害.该研究可为桥梁三维点云模型应用研究提供思路参考,具有较好的应用前景.

关键词：

运营铁路桥梁线形倾斜摄影测量地面激光扫描点云数据融合桥梁病害检测

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基于长标距光纤光栅传感技术的智能碳纤维筋性能研究

邓朗妮刘雁冰李华邹易清...

2815-2826页

查看更多>>摘要：光纤光栅(FBG)传感技术以其抗干扰、传感与传输一体化等优点,成为CFRP拉索智能监测重点研究方向之一.然而,传统CFRP拉索智能监测属于点式或局部传感,难以满足服役全时感知及高量程监测需求.因此,提出将长标距FBG传感技术与螺旋倾斜式技术复合,研制一种智能CFRP筋,并通过循环静力拉伸、低周疲劳(高应力状态下)与极限静力拉伸试验,探究各试验条件下智能CFRP筋的力学及传感性能和试验后性能损失情况.试验表明:智能CFRP筋应变传感性能在不同工况(15 kN、42 kN)下3次循环拉伸的线性相关系数均大于0.99,说明智能CFRP筋应变传感性能较好,具有可重复性,同时将FBG监测值与应变片监测值进行对比,表现出较好的吻合性.低周疲劳试验过程中FBG监测值与疲劳荷载变化规律一致,且监测值与理论应变上下限误差少于8%,试验过程中未出现数据异常、应变感知迟滞等现象,FBG存活率达到100%,验证了智能CFRP筋良好的应变传感性能,可实现智能CFRP筋轴向动应变的监测.在极限静力拉伸试验中,FBG最大波长变化量达13 454 pm,监测应变达到了11 000 μɛ以上,可实现智能CFRP筋更大量程应变的监测.经过3次循环静力拉伸和低周疲劳试验后智能CFRP筋的FBG监测值线性相关系数相比对照组试件有所提高,智能CFRP筋极限荷载有所降低,FBG应变监测量程受影响较小,前期试验主要对智能CFRP筋筋材造成了累积损伤.试验结果可为CFRP拉索智能监测的理论设计和研究提供重要的依据.

关键词：

光纤布拉格光栅碳纤维复合材料拉伸试验低周疲劳应变传感

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开洞刚性墙后土体破坏模式运动单元上限分析

盛兴旺孙焕重秦傲韩杨鹰...

2827-2838页

查看更多>>摘要：超载作用下开洞地下刚性连续墙后土体稳定性问题具有广泛的工程应用背景.考虑墙体矩形开洞宽度足够大,且刚性墙与土体完全光滑接触等条件,参考构造刚性多块体上限法思路,预设墙后土体极简破坏机构并转化为初始三角网格,提出交替循环式新增节点、单元缩减、对角互换及成层加密等网格更新措施,同步开展基于刚体平动运动单元上限方法的刚性墙后土体破坏分析,通过多层级非线性规划运算获得高精度临界超载系数σs/c上限解,界定墙后土体滑移线网破坏模式及其定量范围与扩展边界.进一步依前述流程计算获得多参数影响下的临界超载系数σs/c上限解图表,结果表明:1)刚性墙后土体典型破坏特征表现为土体上方和开洞处的整体下沉刚性区域,开洞前方核心区域以密集滑移线网区隔的刚性滑块群,以及外围主要滑动面;2)临界超载系数σs/c随土体内摩擦角ϕ增大而增大,且后续增幅显著增加;3)σs/c随开洞深度比C/D的增大呈现出近似线性增大的趋势;4)相较于ϕ和C/D,土体重度参数γD/c的变化对于σs/c的影响不甚明显,σs/c随γD/c增大呈现近似线性减小的趋势;5)σs/c受剪胀角参数ψ/ϕ的影响与ϕ的增大程度密切相关.本研究结果可为开洞地下刚性连续墙后土体失稳破坏模式定量分析、破坏机理研究及工程措施制定等工作提供有力的数据支持.

关键词：

地下刚性墙临界超载上限分析网格更新破坏模式滑移线网

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装配式槽钢-混凝土组合梁受弯性能研究

周凌宇方蛟鹏莫玲慧李分规...

2839-2851页

查看更多>>摘要：为研究采用螺栓连接的装配式槽钢-混凝土组合梁(PSCCB)的受弯性能,制作了7个不同宽跨比、梁高和剪切连接间距的PSCCB试件,对其进行四点弯曲测试.基于ABAQUS软件建立PSCCB有限元模型,通过试验结果验证模型的可靠性,并分析螺栓间距、螺栓预紧力、抗剪连接件间距、剪跨比、宽跨比、槽钢强度和混凝土强度对PSCCB受弯性能的影响.试验结果表明:高强度螺栓能确保PSCCB具有较高的整体性和良好的强度和延性;随着宽跨比增大,PSCCB抗弯承载力和延性分别提高8%～19%和11%～21%;穿孔钢板剪力连接件在槽钢和混凝土板之间提供高效的组合作用,部分抗剪连接与完全抗剪连接PSCCB的延性、强度、刚度差异少于10%;与梁高320 mm的PSCCB相比,梁高400 mm的PSCCB的抗弯承载力提高96%,但延性降低10%.分析结果说明:有限元分析结果与试验结果较吻合,所建立的模型能准确反映PSCCB的受弯性能;随着螺栓间距和预紧力的增大,PSCCB受弯承载力和初始刚度基本保持不变;适当增加抗剪连接程度和宽跨比能有效提升PSCCB的受弯承载力和初始刚度;增加槽钢强度能显著提高PSCCB的受弯承载力,而混凝土强度变化对其受弯承载力影响较小.根据试验和有限元参数分析,提出PSCCB受弯性能设计方法,受弯承载力和跨中挠度计算值与试验及有限元分析结果吻合良好,可为PSCCB的工程设计提供参考.

关键词：

装配式槽钢-混凝土组合梁受弯性能有限元分析受弯承载力初始刚度

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预应力混凝土构件时变预应力损失计算

胡狄李雨洁余志武

2852-2859页

查看更多>>摘要：较准确预测混凝土收缩徐变和预应力筋松弛引起的时变预应力损失是进行预应力混凝土结构抗裂性和变形控制的基础,预测值过高或过低均直接影响设计配筋及结构的服役性能.包括设计规范给出的现有各种时变预应力损失公式均为近似式,这些公式的表达形式并不一致,对是否考虑普通钢筋配筋等参量影响存在较大差别.同时各公式中引入的简化系数值及简化项亦不相同,且所有这些公式均不能严谨体现收缩徐变与松弛的耦合影响,因此其时变预应力损失的预测精度难以保证.根据任意时刻截面内力增量平衡和变形协调条件,运用按龄期调整的有效模量法,建立预应力混凝土受弯构件时变预应力损失统一计算方法;结合预应力筋时变应变变化特点和松弛折减系数分析模型,推导松弛折减系数求解方程,从而获得了预测时变预应力损失的实用公式.计算式全面考虑了预应力筋与普通钢筋截面配筋率、钢筋位置等各个影响因素,并能体现混凝土收缩徐变与预应力筋松弛的耦合影响.该公式的计算值、各规范公式值与长期预应力损失试验值比较表明,AASHTO规范与EN 1992-1-1规范的公式理论值比试验值大17%～24%,TB 10092-2017与JTG 3362-2018规范的公式理论值则比试验值少9%～21%,该公式的计算值与试验值差别在6%以内,说明该公式具有良好计算精度.

关键词：

预应力损失徐变收缩松弛松弛折减系数

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活塞杆贯通式抗蛇行减振器在铁道车辆上的适应性研究

赵苍鹏代亮成池茂儒郭兆团...

2860-2870页

查看更多>>摘要：活塞杆贯通式抗蛇行减振器因活塞杆在活塞上下工作腔所占的截面积相等,且活塞上拉伸阻尼阀、压缩阻尼阀参数一致,因此在拉伸和压缩行程中工作腔内的油液通过阻尼阀的流量相等,从而产生相等的阻尼力,使之具有高度对称的动、静态性能,可以弥补双油路抗蛇行减振器静态性能对称性差、单油路抗蛇行减振器动态性能对称性差的不足.首先,基于活塞杆贯通式、双油路和单油路抗蛇行减振器的工作原理和结构参数,建立3种抗蛇行减振器的数值仿真模型;然后,通过减振器性能试验对模型进行验证,对比研究3种抗蛇行减振器仿真下的动、静态性能对称性;最后,利用Simulink将车辆模型和抗蛇行减振器模型进行动力学联合仿真,对比研究小锥度曲线工况下安装活塞杆贯通式和双油路抗蛇行减振器的铁道车辆的曲线稳定性以及大锥度直线工况下安装活塞杆贯通式和单油路抗蛇行减振器的铁道车辆的直线稳定性.研究结果表明:活塞杆贯通式抗蛇行减振器动、静态性能对称性都优异,且都好于双油路和单油路抗蛇行减振器;小锥度曲线工况下,相比于双油路抗蛇行减振器,安装活塞杆贯通式抗蛇行减振器可以提高车辆的非线性临界速度,进一步抑制转向架1.2 Hz左右的摇头振动,提高车辆的曲线稳定性;大锥度直线工况下,相比于单油路抗蛇行减振器,安装活塞杆贯通式抗蛇行减振器可以提高车辆的非线性临界速度,进一步显著抑制转向架8 Hz以下的摇头振动,提高车辆的直线稳定性.研究结果为活塞杆贯通式抗蛇行减振器在铁道车辆上的适应性优势提供理论依据.

关键词：

活塞杆贯通式抗蛇行减振器数值仿真模型性能对称性联合仿真车辆稳定性

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严重遮挡场景下AOA-ENN辅助列车定位的方法研究

武晓春杨伟康

2871-2883页

查看更多>>摘要：铁路周边卫星遮挡情况复杂多变,当列车在隧道等严重遮挡场景下运行时,北斗卫星导航系统/捷联惯性导航系统(BDS/SINS)列车组合定位系统无法接收到卫星信号,导致列车定位误差累积甚至定位失效.为提高列车在严重遮挡场景下的定位精度,提出阿基米德优化算法优化的Elman神经网络(AOA-ENN)辅助BDS/SINS列车组合定位系统进行列车定位的方法.首先,在无迹卡尔曼滤波算法中引入新息理论得到自适应无迹卡尔曼滤波算法(AUKF),将其作为BDS/SINS列车组合定位系统的信息融合算法.其次,基于模糊C均值聚类算法(FCM)建立列车运行场景识别模型,依据环境特征参数对列车运行场景进行自主识别.最后根据场景识别模型的输出结果,当列车在开阔、低遮挡、高遮挡场景运行时,通过AUKF对BDS和SINS解算的定位信息进行融合来完成列车定位,同时将采集的列车定位数据加入训练集,对AOA-ENN进行在线训练;当列车在严重遮挡场景下运行时,BDS无法正常接收信号,利用训练好的AOA-ENN辅助列车组合定位系统进行定位,利用AUKF对AOA-ENN的预测信息和SINS解算的信息进行融合后输出定位结果.实验结果表明:在严重遮挡场景下,AOA-ENN辅助列车组合定位系统得到的定位成功率达到98.2%;通过不同优化算法和神经网络的仿真对比实验,验证了AOA-ENN在辅助列车组合定位系统定位时的优越性.所得成果为优化列车在隧道等严重遮挡场景下的定位精度提供了参考.

关键词：

列车组合定位系统运行环境识别自适应无迹卡尔曼滤波阿基米德优化算法Elman神经网络

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基于节段模型测力方法的塔式起重机风荷载特性研究

李寿科雷佳妍杨易归林斌...

2884-2896页

查看更多>>摘要：塔式起重机被广泛应用于铁道工程和土木工程施工过程,属于高耸结构体系,风荷载是塔式起重机结构设计的控制性荷载.为完善《塔式起重机设计规范》(GB/T 13752-2017)和《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2012)中的塔式起重机斜风向设计风荷载计算方法,解决风向、吊臂、平衡臂位置等因素对塔式起重机遮挡和干扰引起的设计风荷载计算问题.选取平头塔式起重机为研究对象,对塔身、吊臂、平衡臂进行多工况的节段模型测力风洞试验,研究湍流强度、节段干扰和遮挡等因素对塔式起重机节段风荷载特性的影响规律,研究不同风向下节段阻力系数分布规律,对比标准化阻力系数与当前主要规范的异同,进而探讨节段斜风向标准化阻力系数计算方法.研究结果表明湍流强度对节段阻力系数影响较小,可忽略,而平衡臂和吊臂相邻节段的干扰会减小测试节段的阻力系数;在斜风向下,由于吊臂和平衡臂之间存在相邻节段干扰,国内外规范方法的计算值均会大于干扰工况的节段风洞试验值;当前主要国家规范规定的垂直风向塔身、吊臂、平衡臂阻力系数与风洞试验测得的阻力系数值较为接近,基于风洞试验结果给出典型风向的塔式起重机各节段的风荷载系数取值可用于结构设计;基于风洞试验测试结果推导的塔式起重机斜风向风荷载计算方法具有较好的拟合效果.研究成果可推荐相关工程应用,可为相关规范的修改或补充提供参考.

关键词：

塔式起重机风洞试验节段模型阻力系数有效投影面积角度风荷载

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基于影响因子聚类与分布拟合的补偿电容剩余寿命预测

孟景辉

2897-2906页

查看更多>>摘要：补偿电容是保证无绝缘轨道电路正常传输的重要设备,广泛安装于我国高速线路.为了研究补偿电容在实际运用环境下的剩余寿命,提出一种影响因子聚类与分布拟合相结合的补偿电容剩余寿命预测方法.首先以补偿电容维修数据为研究对象,建立补偿电容退化趋势数据模型;分析补偿电容功能退化潜在影响因子,以这些影响因子作为特征属性建立数学模型描述,基于补偿电容历史数据构建特征样本集;通过聚类算法对特征样本集进行类簇划分得到多个子类特征样本集,通过极大似然估计法针对每个子类特征样本集计算威布尔分布拟合参数;通过补偿电容与各子类特征样本集的隶属度以及计算的分布曲线计算补偿电容剩余寿命.为了验证本文所提方法的性能,分别与采用LSTM的补偿电容故障预测方法、威布尔分布拟合的方法在单个补偿电容剩余寿命预测及补偿电容故障数量预测方面进行准确性对比试验.基于27 000余条补偿电容实际维修数据的实验结果表明:1)在单个补偿电容剩余寿命预测方面,所提方法与威布尔分布方法的预测准确性最高分别为95.0%、87.0%,且随着测试样本数量的增加,本文所提方法性能降低速度更慢;2)在补偿电容故障数量预测方面,所提方法的正确率相比基于LSTM和威布尔分布拟合的故障数量预测方法分别提高5.6个百分点和41.3个百分点.

关键词：

补偿电容动态检测寿命预测聚类分析分布拟合

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